автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Исследование тепломассообменных процессови экономия энергии при хранении продуктовв плодоовощехранилищах

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕ ТИКИ И АВТОМАТИКИ

РГ6 Ой - / МАР Ш

На правах рукописи

Узаков Гулом Норбасвнч

Исследование тепломассообменных процессов и экономия энергии при хранении продуктов в плодоовощехранилищах

Специальность: 05.14.04. - Промышленная

теплоэнергетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических, наук

Ташкент -1999

Работа выполнена в Каршинском государственном университете и Каршинском инженерно - экономическом институте

- доктор технических наук, профессор Вардияшвили А.Б.

- доктор технических наук, профессор Мухиддинов Д.Н.

- доктор технических наук, профессор Якубов Ю.Н.

- Ташкентский институт Инженере Ирригации и механизации Сельског

хозяйств

Защита состоится «28, » января_2000 г. 14-00 час., на заседани

специализированного совета К 015.28.01 в Институте энергетики и автоматик АН Республики Узбекистан но адресу: 700143, г.Ташкент, Академгородок.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института энергетик н автоматики АН РУз.

Автореферат разослан «29 » де/са-^/г-З-- 1999 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

АБДУРАХМАНОВА С.Ф.

к &л - лпа Г)

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Сохранение плодов и овощей в свежем виде - важная народнохозяйственная проблема, которая требует решения многих технологических, физико-технических и экономических вопросов. В настоящее время проводятся работы по совершенствованию технологии хранения сочной растительной продукции; расширяется вместимость хранилищ и холодильников для овощей, фр'уктов;создается высокоэффективное оборудование для механизации работ, связанных с хранением, сохранением лежкоспособности и питательной Ценности продукции, что является актуальным в условиях рыночной экономики.

Хранение овощей, фруктов и плодов связано с их потерями. Потерн влаги продукцией находятся в прямой зависимости от теплопритоков к охлаждающему воздуху. Одной из научно - технических задач при оптимизации систем охлаждения хранилищ и создании новых способов хранения должна стать максимальная защита продукции от вредного воздействия внешних и внутренних теплопритоков в условиях юга Республики Узбекистан.

Наиболее сложную и малоизученную область технологии длительного хранения составляют тепло- и массообменные процессы, происходящие в пищевых продуктах и окружающей их среде. Поэтому решение актуальной задачи - снижение потерь при хранении пищевых продуктов - требует не только создания надлежащих условий для протекания процессов тепло- и массообмена в газовой среде хранилищ, но и глубокого изучения объектов хранения - пищевых продуктов и материалов. В связи с этим задачи, связанные : разработкой энергосберегающей технологии хранения и исследованием гепломассооб.менных процессов в хранилищах являются объективной (еобходимостыо и весьма перспективным направлением.

Целесообразность и своевременность проведенных исследований )боснованы тем, что они ориентированы на решение научно - технического :адания 3.1. "Разработка и внедрение энергосберегающих технологий и ювышение энергоэффективности отраслей экономики республики", подзадаче 1,1.6. "Разработка и создание новых энергосберегающих технологий и •ехнических средств учета, контроля и управления (промышленность, сельское [ водное хозяйство) предусмотренной государственной научно - технической ¡рограммы ГКНТ РУз в 1997 - 1999 годы (№ госрегистрашш 01970005539)".

Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка аучно - обоснованных режимных параметров по холодильному хранешс-о родуктов на основе тепломассообменных процессов способствующих меньшению потерь продукции и экономии энергии в плодоовощехранилшцах_

Для достижения указанной цели в работе сформулированы и решены ледующие научно-технические задачи:

- разработка, создание и экспериментальное исследование режимньсх арактеристик опытной холодильной камеры (ХК - 72) вместимостью в эеднем 20 т овощей;

- определение теплофизических характеристик плодоовощной продукцш как факторы, влияющие на ее усушки;

- исследование температурного поля и теплообмена внутри насыпног слоя в холодильной камере;

- выполнение математического моделирования тепло- и массообменны процессов в штабелях плодоовощной продукции;

- исследование конвективного теплообмена в период охлаждения продуь тов при вынужденной и свободной конвекции в холодильных камерах;

- теоретическое и экспериментальное исследование теплопритоков камеру и потеря массы фруктов и овощей при холодильном хранении;

- разработка методики теплотехнического расчета и экономия энергии малой холодильной камере.

Методика исследования. В работе развита методология предшествую щих исследователей и использованы методы теории тепло- и массообмена аэродинамики, математического анализа, технической термодинамики Обработка опытных данных проводилась с применением современных метода математической статистики, теории подобия, средств измерений и вычислений.

Научная новнзна работы состоит в том, что впервые исследовано i установлено влияние тепломассообменных процессов, происходящих в камер' хранения, на усушку продукции в условиях южных районов Узбекистана Экспериментальным путём установлены закономерности, технологические осо бенности и температурно - влажностные режимы холодильной камеры с учете? теплофизических характеристик хранимых продуктов. Получены зависимости позволяющие описывать' изменения теплопроводности картофеля в зависимое ти от содержания в продукции сухих веществ и изменения температуры; измс пение температуры внешнего воздуха в период хранения овощей в условия г.Каршн; процесса конвективного теплообмена в период охлаждения продукте при вынужденной и свободной конвекции в штабеле холодильной камеры.

На основе термодинамического анализа работы вентиляторных установо в холодильной камере получено выражение, с помощью которого можн определить нагревание приточного воздуха в вентиляторных установка? Разработана методика расчета и обоснованы параметры опытной холодильно камеры для хранения плодов и овощей.

Аптор защищает результаты натурных и экспериментальны исследований холодильной камеры; разработанную методик теплотехнического расчета в зависимости от динамики изменения температур! внешней среды, с учетом нагревания приточного воздуха вентиляторным установками; теплофизические параметры картофеля, физико математическую модель теплообмена и температурного поля в штабел холодильной камеры в процессе охлаждения при активном вентилировании.

Достоверность результатов исследования. Достоверность научны положений, выводов сформулированных в диссертационной работе подтверждена точностью постановки и решения задачи; результатам полученных в процессе лабораторных и натурных экспериментов

последующей обработкой, точности полученных решений путем их сравнивания с результатами исследований в период с 1995 - 1999 годы.

Практическая ценность. На основе исследований разработаны физико -математическая модель и расчетная методика, позволяющие рассчитывать температурное поле и теплообмен в штабеле овощей холодильной камеры. Инженерный метод расчета холодильной камеры в зависимости от динамики изменения .температуры внешней среды, с учетом нагревания приточного воздуха вентиляторными установками, который позволяет определить энергосбережение при холодильном хранении овощей в условиях жаркого ;ухого климата.

В предложенной малой холодильной камере потери плодоовощной продукции уменьшаются на 1,3 - 1,8 %, и экономия энергии на хранение продукции составляет 306 кВт-ч/Т в период хранения.

Результаты исследования аппробированы в холодильнике г.Карши и в филиале концерна "Узмеваеабзавот", промышленно - торговом предприятии 'Турон" Нишанского района, Кашкадарьинской области.

Апробацпя работы. Результаты научных исследований доложены:

1. На республиканской конференции "Юных физиков и математиков" юевященной 75-летшо ТашГУ, г.Ташкент, 1995 г.;

2. На II - республиканской научной конференции молодых ученых ■освященной 660-летию А.Темура, ТашГУ, г.Ташкент, 1996 г.;

3. На международной конференции "Экология, энерго есурсосбережение в строительстве", СамГАСИ, г.Самарканд, 1996 г.;

4. На республиканской научно - практической конференции "Научно -рактнческие основы переработки сельхозсырья", БухТИИЛП,г.Бухара, 1996 г.:

5. На научно-технической конференции "Использование солнечной энер-ш в сельском хозяйстве и переработке сельхозпродуктов" посвященной 75 -:тию чл.корр. АН РУз Умарова Г.Я., ФТИ НПО "Солнце", г.Ташкент, 1996 г.;

6. На .республиканской научно-практической конференции "Проблемы пользования топливно-энергетических ресурсов",Карши ИЭИ,г.Карши, 1999г;

7. На региональной научно - практической конференции "Рациональнее пользование возобновляемых и традиционных источников энергии з фодном хозяйстве", КаршиГУ, г.Карши, 1999 г.;

8. На ежегодных научно - технических конференциях профессорско -)еподавательского состава КаршиГУ и КИЭИ (1995 - 1999 гг.).

9. На объединенном семинаре лаборатории "Общей промышленной ергетики" Института энергетики и автоматики АН РУз.

Опубликопанность результатов диссертации: Основные результата: ссертации опубликованы в шести статьях в зарубежных и республиканских учных журналах, пяти статьях в сборниках научных трудов, четырех тезисах ждународных и республиканских конференций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех т и заключения и содержит 132 страницы машинописного текста, включал рисунков, 12 таблиц, список литературы из 109 наименований.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цел н задачи исследований, определены основные элементы научной новнзн: работы, которые выносятся на защиту, и практическое значение исследований.

В первой главе приведены обзор и анализ работ по теплотехнически основам холодильной технологии хранения пищевых продуктов и пути улу1 шения микроклимата в плодоовощехранилищах. Рассмотрены основные прш ципы энергосбережения и снижения потерь продукции при холодильном хр; нении продуктов, обоснована значимость исследования тепломассообменны процессов при разработке рациональных способов снижения потер плодоовощной продукции в холодильных камерах. Опг..;^. л:ы цели и задач исследований.

Во второй главе приведены результаты исследования теплофизически характеристик плодоовощной продукции, как факторы, влияющие н тепломассообменные процессы и усушку продуктов при охлаждении.

Наиболее важными теплофизическими свойствами пищевых продукто являются теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность. Нам были исследованы теплофизические характеристики (ТФХ) картофеля, ка объекта хранения. Для определения коэффициента температуропроводност картофеля использовали метод а - калориметра. Коэффициен температуропроводности исследуемого материала прямо пропорционале гемпу охлаждения, т.е.

a Km (1)

где К - коэффициент формы образца исследуемого материала; от - тем охлаждения при а <х> (В, —> со) и = const; а - коэффициент теплоотдачи н границе среда - образец; Н, - критерий Био; 1С - температура среды.

Значение коэффициента формы К для цилиндра длиной / и радиусом определено по формуле

* =-!-г (2)

Предварительное нагревание а - калориметра велось в сушильном шкаф с электрическим нагревателем. В качестве среды В, —> °э использова жидкостный термостат, где интенсивное перемешивание практическ обеспечивает а со и tc = const. Темп охлаждения, характеризующи относительную скорость изменения температуры тела во времени, определяется соотношением

1 a Inff,-In02

т = —— =--(3)

/ с г г, - г,

где 9i - tj - tc; 02 — h - tc - значения избыточных температур фиксированной точке продукта в моменты гу и 7>, t\ и Y? - температуры продук*

13 моменты т1 и г-. По определенным температурам с помощью формулы (3) определили темп охлаждения ш и коэффициент температуропроводности вычислен по формуле (1).

Коэффициент теплопроводности картофеля Л определяли методом цилиндрического зонда. При этом в качестве калориметров использованы те же сосуды, что и в опытах по определению температуропроводности нескольких образцов картофеля.

Результаты опытов аппроксимированы и приведены в виде кривых на рис.1.

010:'; Дж/м"« 3S00

.>700

3600

3500

3-400

3300

3200

3100

1) 30 35 40 45 50 55 60 65 70 "С

Рнс.1. Кривые зависимости ТФХ картофеля:

I - температуропроводность; 2 - теплопроводность; 3 - объемная теплоемкость.

Анализ данных показывает, что коэффициент теплопроводности л с повышением температуры растет прямолинейно, коэффицие;-гг температуропроводности - а увеличивается нелинейно, а объемная теплоемкость С,- изменяется незначительно.

Проведенные исследования показывают, что теплофизичеекг-г характеристики влияют на скорость протекания процесса охлаждения пищевкх Ф оду кто в.

Теплоемкость плодоовощной продукции является одним из основньсх шкторов, влияющих на ее усушку при охлаждении. Потеря вла;~н июдоовощной продукции за период охлаждения на определенную разность емператур прямо пропорциональна ее теплоемкости, а последняя зависит от одержания в продукции сухих веществ (СВ). Справочные данные, как правило, е отражают эту зависимость и теплоемкость продукции рассматривают

А, Вт/м К; о-10"8, м /с

постоянную. В лучшем случае учитывают температуру, но она оказывает меньшее влияние на теплоемкость, чем содержание сухих веществ.

Экспериментально определены динамика изменения теплоемкости и теплопроводности картофеля в зависимости от содержания в продукции сухих веществ. Получены следующие уравнения зависимостей, описывающие изменение теплопроводности картофеля в зависимости от содержания в продукции сухих веществ и изменение температуры: Я = 0,003/+ 0,571 (СВ= 15%) Я = 0,0029/ + 0,382 (СВ = 25%) (4)

Я = 0,0031/ + 0,290 (СВ = 35%)

Приведенные теплофизические характеристики картофеля - позволили получить реальную модель температурного поля и теплообмена в штабеле картофеля в процессе охлаждения при активном вентилировании.

В третьей главе приводятся физико - математическая модель теплообмена и температурного поля в штабеле холодильной камеры в процессе охлаждения при активном вентилировании и результаты исследования конвективного теплообмена в период охлаждения продуктов при вынужденной и свободной конвекции в холодильной камере.

Составим общую систему аэродинамических уравнений на участке между сечениями I -1 и II - II вентиляционного канала холодильной камеры (рис.2).

Рассмотрим случай изоэнтропического течения воздуха, сечение I - I расположим непосредственно на входе в рабочее колесо вентилятора, а сечение II - II на выходе из него. Методика определения параметров в сечении II - II базируется на системе аэродинамических уравнений.

Уравнения Кернулли

Уравнение расхода Уравнение процесса

Д.« = Сг(7; - 7,) + 2"') (5)

С V,р¡I7! = к'2р21-2 (б)

Я = /(!) (7)

Теплообмен в насыпном слое картофеля или овощей необходимо рассматривать в совокупности с температурным режимом отдельных элементов сырья, которым является нестационарным. Температура воздуха, проходящего через слой, изменяется как в пространстве, так и во времени. Поэтому решение задачи будет включать два взаимосвязанных выражения температурного поля: одно для элементов продукта, другое для охлаждающего воздуха. Допуская, что температура воздуха в процессе охлаждения зависит только от высоты т., составлено следующее уравнение теплового баланса плодоовощной насыпи;

а[Цт) - и]1°<12 = УеРвСрс1(в (8)

где 1„(т) - температура поверхности продукта, зависящая от времени; 10 = Г,/р„1г, 1° - приведенная толщина слоя насыпи, м/Т; Уе - удельный расход воздуха на охлаждение, м3/(т.ч).

б)

1' *

^ V

Ч у< / 1

Рис.2. Расчетная схема аэродинамических процессов (а) и теплооомена (б) в насыпном слое овощей при активном вентилировании.

а) 1 - магистральный воздуховодный канал; 2 - вентилятор; 3 - распределительные воздуховоды; 4 - наружная стена; 5 - штабель;

б) 1 - штабель; 2 - камера хранилища; 3 - вентиляционная установка; 4 - наружная стена камеры; 5 - крыша камеры.

Введя* обозначение:

Г.Р.С,

получено

- = шк

(10)

Интегрируя (10) при следующих, начальных условиях г = 0,/„=/" получим выражение, которое позволяет определить изменение температурь внутрпштабельного воздуха при активном вентилировании:

= ш (П)

Для определения изменения температуры поверхности продукта пс высоте штабеля рассмотрим охлаждение опытного штабеля высотой /; = 3 м и < постоянным коэффициентом теплоотдачи а на всех его гранях. В начальны? момент времени (г= 0) все точки штабеля имеют одинаковую температуру Штабель размером 800x2400x3000 мм (контейнер К - 450 в трех ярусах^ является однородным и изотропным. Штабель охлаждался вынужденным потоком воздуха снизу - вверх.

Математически задача запишется следующим дифференциальным уравнением теплопроводности:

С!{Х,Т)

д-1(х, г) 2 <?1(х,т) сх1 х £х

Уравнение (12) решаем при следующих граничных условиях:

Л д!{Н,т)

1(К.т)-1ь = -

(12)

(13)

где

О <х<11 г> 0:

г/(0,г)

и начальном условии

г=0; /(0,л-) = /°„, (14)

где Н - диаметр клубня, м; /'„ - средняя начальная температура ородукта, °С; /„ - температура внутрпштабельного воздуха, °С. Решение задачи (12) - (14) известно:

,, ' Г '

о=с+(/.--о 1- 1л,

I. »=1

""/у.'г.

(15)

Для небольших значений критерия Био (В, < 1), наблюдаемых при малых размерах элементов сырья, решение (15) можно написать в виде:

Г йпЛв~

(16)

Уравнения (11) - (16) позволяют выразить температуру поверхности продукта в явном виде:

/(Д,-,/•■„)(!-е"":) +е""'

<Лг,:) =

(17)

где

¡п(ТзйГ) чЩ

Результаты расчетов приведены в виде графиков изменения температуры поверхности картофеля по высоте штабеля и времени охлаждения (рис.3). Предложенная математическая модель позволяет численно расчитать динамику тепловых процессов в штабелях плодоовощной продукции холодильной камеры при заданных начальных условиях и внешних воздействиях, зависящих от времени. Приведенные решения уравнений (8) и (12), при своей простоте, имеют важное практическое значение для качественного анализа^ механизма процесса охлаждения плодов и овощей при активном вентилировании. Пользуясь приведенными зависимостями, можно для каждого вида продукта определить режимные параметры процесса охлаждения штабеля, при которых обеспечивается требуемый эффект.

Температурное поле всего штабеля в процессе охлаждения зависит от среднеобъемной температуры и температурного поля отдельных охлаждаемых продуктов. Получено уравнение, определяющее температурное поле охлаждаемого картофеля:

Пг.т) = I" +

з/\, -

ЗК--5г

10/Г

„ 21{$,\п[1 —

Е--я-

„=1 //„ СОЭ}1„Г11„

(19)

По результатам расчета по формуле (19) построены графики изменения температуры картофеля при охлаждении в воздухе (рис.4).

Исследован конвективный теплообмен в период охлаждения проектов при вынужденной и свободной конвекции в холодильной камере. В холодильной камере конвективный теплообмен при условиях вынужденной конвекции возникает, когда работают воздухоохладители и системы активной вентиляции.

С момента включения системы активного вентилирования в насыпи протекает процесс вынужденной конвекции, сопровождающийся выравниванием поля температур по высоте насыпи.

При батарейном охлаждении, когда отключены системы активной зентиляции, конвективная теплоотдача с поверхности штабеля происходг— при свободном движении воздуха. В первом случае слой картофеля в кимере охлаждается вынужденным потоком воздуха. Средний размер картофеля юставляет-г/^ = 50 Температура воздуха, входящего в слой /„/ = } "С, шходяшего из него - 1С? = 14 °С. Теплофизические свойства воздуха в этом ■лучае Я„= 0,024 Вх/(м-К); у„ = 13,7-Ю"6 м2/сек.; Р2 = 0,706. На оснс-ании шализа размерностей и обобщения опытных данных с использованием .метода тименьших квадратов, установлено следуещая критериальная зависимосг-.

N11 = 0,027 Ие"'

(2С

Опытный штабель с картофелем в холодильной камере охлаждался в условиях свободной конвекции (т.е. отключены системы вентиляции и воздухоохладители, при батарейном охлаждении).

В этом случае теплообмен происходит между окружающим воздухом и теплоотдающей поверхности штабеля, обращенной к верху, с размерами Р = 800 х 2-100мм = 0,8м х 2,4м = 1,92 м2. Температура окружающего воздуха вдали от поверхности штабеля - /„. = 0 °С, температура поверхности продукта в начале

охлаждения - /„ = 20 С.

I

Обработанные экспериментальные точки аппроксимируются прямой линией. Уравнение подобия, описывающее исследуемый процесс, будет иметь следующий вид: * /

Шж = C(GrPr)"x (2lj

Значения коэффициентов С и п находим обобщением опытных данных с использованием метода наименьших квадратов и получим критериальное уравнение для определения коэффициента теплоотдачи с поверхности продукта в условиях свободной конвекции (при Pr = const):

Nu - 0,02(Gr-Pif5 (22)

где С,г = ^-рг-АТ- критерий Грасгорфа; / - характерный линейный размер, / =

•'с

¿/ць Р<» - коэффициент объемного расширения; уж - кинематическая вязкость воздуха.

Полученное уравнение справедливо в пределах 35-103<^6V,/'^j„.< 35,4-Ю'1.

0 2 4 6-8 10 12 14 16 ■ 18 20 /„,°С Рис.3. Динамика изменения • температуры поверхности картофеля по высоте штабеля и времени охлаждения.

32 28 24 20

16

12

8

4

О 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 II 12 х, час Рис.4. Изменение температуры картофеля при охлаждении в воздухе емпературные изобаты):

в - по расчету; X - по эксперименту.

Анализ исследований показывает, что коэффициент теплоотдачи с поверхности картофеля в условиях свободной конвекции п основном зависит от температурного напора между поверхностью и омывающим воздухом, ог геометрических размеров продукта и пористостью (скважистостью) картофельной насыпи. I? рассматриваемом случае коэффициент теплоотдачи с поверхности картофельной насыпи при свободной конвекции изменяется в пределах а = 2,2 - 7,92 Вт/(мЧ<). Средние отклонения опытных точек относительно кривых, аппроксимируемых полученными формулами (20), (22) составляют 7 - о °/0

' Четвертая глава посвящена вопросам потери массы продукции и экономии энергии при холодильном хранении плодов и овощей.

Нами экспериментально исследована опытная холодильная камера ХК-72 со строительным объемом 72 м\ Грузовой объем при высоте штабеля И = Зм составляет У,р= 43,2 м\ Холодильная камера рассчитана с учетем нормы загрузки продуктов на хранение 21 т картофеля, или 20 т яблок или 16 т лука.

Эксперименты проводились при хранении картофеля, лука и яблок в условиях гЛСарши, в периодах хранения 1996 - 1999 гг. Температура внутри .камеры и наружного воздуха измеряли термопарами и термометрами с ценой деления 0,1 С, относительную влажность воздуха - гигрографами и аспирационными психрометрами, скорость воздуха - анемометром. Рисчетно -экспериментальным путем определены теплопритоки при хранении картофеля по месяцам (октябрь - март). Проведенные исследования показывают, что тепловыделения продукции в процессе хранения картофеля составляют 72,5 -

) 1 ■ нет Р. пр г = 0

> ■ лов. рхпо гь, пр !Г = )

X

\х X \

1

2

[X) ; х з

81,6 % от суммы всех теплопоступлений в камеру. Максимум суммарных теплопритоков совпадает с максимумом теплопритоков через ограждения, что необходимо учитывать при поддержании температурно - влажностного режима холодильной камеры (рис.5).

Влажностный режим устанавливающийся в холодильной камере, представлен в виде диаграммы, показывающей зависимость усушки (потери массы продукта) картофеля, лука и яблок от относительной влажности воздуха Фо- При этом усушка картофеля, лука и яблок составляет 0,71 кг/час; 0,43 кр/час и 0,39 кг/час из хранимого 21 т картофеля, 16 т лука и 20 т ^яблок соответственно. Потери массы продуктов (картофеля, лука и яблок) в пересчете в средний срок хранения (6 месяцев) соответственно составили 11,57 %У9,6-% и 7,7 %, что соответствует действующим нормам технологического проектирования фруктоовощехранилищ. /

Потери массы контрольных образцов определялась на лабораторных аналитических весах путем периодического взвешивания. Для определения потерь массы картофеля и лука, которые возникают вследствие дыхания, расположены контейнеры типа К - 450 (0,8x0,8x1 м), которые наполнялись при насыпной плотности р = 0,65 - 0,7 т/м3 420 - 450 кг продукции. Вес продуктов точно определялся перед загрузкой на хранение и после выгрузки из хранилища.Оказалось, что наибольшие потери массы составили 10,8 %, а наименьшие - 7,3 %. В среднем потери массы составили 9,05 %.

К началу охлаждения относительная влажность воздуха составила 68 в первую неделю периода охлаждения она возросла до 75 %, а во вторую неделю до 84 %. К началу фазы хранения относительная влажность воздуха достигла до 88 %; после дальнейших 2 недель относительная влажность повысилась до 90 % и в среднем поддерживалась на этом уровне до начала выгрузки хранилища. Эти величины были измерены у дверей холодильной камеры. Над штабелем относительная влажность воздуха колебалась в фазе хранения между 92 и 93 %.

Температурное поле по объему камер неравномерное. Единовременная разность температур по объему камер составляет 1,4 - 2,3 °С. По высоте камеры перепад температур составляет 0,8 - 1,5 °С. Температура воздуха по йюоте камеры повышается.

Приведена методика теплотехнического расчета холодильной камеры в зависимости от динамики изменения температуры внешней среды. Получено уравнение, описывающее изменение температуры внешнего воздуха с I октября по 3-1 марта для условий г.Карши в виде:

Г(у)=-0т/-0.004у4-г'0,т7/ + ОЩ'Зу2 -1,221у,\ 1,841 (23)

2г

где у =—, г - текущее время в днях; тм - продолжительность месяца (хм.=^ 30

дней). Полученное уравнение ^23)*»ыеет важное практическое значение для составления теплового баланса холодильной камеры, определения

теплопритоков через ограждения и расхода энергии на охлаждение камеры для хранения овощей.

Выявление и сопоставление особенностей нагрева воздуха в вентиляторах является полезным для поддержания оптимального тепловлажностного режима хранения овощей в холодильной камере. Нами на основе термодинамического анализа работ вентиляторных установок в овощехранилище получено выражение, которое определяет нагревание приточного воздуха в вентиляторных установках.

месяцы

Рис.5. Динамика изменения теплопритоков в холодильной камере 1! зависимости от температуры и влажности наружного воздуха в условиях г.Карши.

1 - суммарные теплопрптоки с учетом средней величины теплоты дыхания и эксплуатационных теплопритоков, 2 - теплопрптоки через ограждения; 3 - теплопгиток от продукта при дыхании, 4 - изменение температуры наружного воздуха; 5 - изхенение относительной влажности наружного воздуха.

Существующие в настоящее время экономические условия препятствуют получению конечных стоимостных эффектов от внедрения разработанных положений. Поэтому в работе определены затраты энергии при хранении фруктов и овощей в малой холодильной камере и сравнивались с закатами энергии в типовой холодильной камере вместимостью 100 т, оборудованной

двумя холодильными машинами ХМФ - 16. Определили расход электроэнерп в холодильных камерах N (кВт.ч) по формуле:

= (24)

где Л', - поминальная мощность установленного электродвигателя, кВт; Кс- коэффициент спроса (для компрессоров и вентиляторов Кс = 0,85); г - вре! работы компрессоров и вентиляторов, ч.

Общий расход электроэнергии в типовой камере вместимостью 100 т двумя блочными автономными фреоновыми холодильными машинами ХМФ 16 в период хранения (октябрь - март) составляв/ 365760 кВт-час, затра-электроэнергии на 1 т хранимой продукции 3657,6 кВт час/Т.

Расход электроэнергии в малой холодильной камере вместимостью 20 т охлаждающими батареями при равных внешни/метеорологических услови составил 67032 кВт-час, а затраты на 1 т хранимой продукции 3351,6 кВт-час/ Таким образом, экономия энергии по сравнению с типовым вариантом на 1 хранимой продукции составляет 8,4 %, т.е. 306 кВт-час/Т, или же 0,263 Гкал период хранения, а потери плодоовощной продукции уменьшаются в средш на 1,3-1,8%.

Полученные результаты исследований и расчетов позволя! проектировать малые холодильные камеры для хранения плодов и овощей учетом оптимизации геометрических и теплоэнергетических характеристик зависимости от холодопроизводительности систем охлаждения.

Основные результаты н выводы.

1. Проведенные исследования и анализ известных технологическ процессов по холодильному храпению пищевых продуктов позволили реши задачу разработки и создания научно - технических оси тсплотсхпологичсскнх мероприятии по снижению потерь сельхозпродукции экономии энергии, имеющую важное народнохозяйственное значение.

2. Экспериментально исследованы основные теплофизические харакп ристикп (X, а, с) картофеля, которые влияют на скорость протекания процес охлаждения и на усушку продукции, а так же динамика их изменения в завис мости от содержания в продукции сухих веществ. ¡Получены эмпирические в ражения, описывающие изменение теплопроводности картофеля в зависимое от содержания в продукции сухих веществ и изменение температуры:

Я = 0,003/ + 0,571 (СВ = 15%); X = 0,0029/ + 0,382 (СВ = 25%);

Я = 0,0031/ + 0,290 (СВ = 35%);

Выявлено, что коэффициент теплопроводности картофеля с повышение температуры растет линейно, коэффициент температуропроводности уг личивается криволинейно, а объемная теплоемкость изменяется незначительн

Установлено, что коэффициент теплопроводности картофеля повышением содержания сухих веществ в продукции уменьшается.

3. Разработана физико - математическая модель теплообмена и темпера-рного поля в штабеле холодильной камеры в процессе охлаждения при актив-■м вентилировании, которая, в отличие от известных, учитывает градиент мператур в межштабелыюм пространстве, позволяет определить изменение мпсратуры поверхности продукта и внутриштабельного воздуха, что сспечивает возможность применения разработанной модели в инженерных счетах. •

Исследован конвективный теплообмен в период охлаждения продуктов и вынужденной и свободной конвекции в холодильной камере. На основании^ эрии подобия и размерностей полнены критериальные уравнения: для ределеиия коэффициента теплоотдачи при охлаждении опытноТо штабеля [нужденным потоком воздуха - А 'и = 0,027 Ке0,98, и для определения плообмена между окружающим воздухом и теплоотдающей поверхк/остю одукции в условиях свободной конвекции - Ми = 0,02(Сг-Рг)0,5. Среднее клонение опытных точек относительно кривых, аппроксимируемых лученными формулами, составляет 7-9 %.

4. Проведен теплотехнический расчет и экспериментально исследована здапиая опытная холодильная камера (ХК - 72) вместимостью в среднем 20 т

строительным объемом 72 м\ На основе полученных экспериментальных иных определены расчетные теплопритоки (теплопритоки через ограждения, продуктов при их холодильной обработке, от наружного воздуха при итиляции, от плодов и овощей при их дыхании и эксплуатационные) в камеру 1ериод хранения продукции.

Рассмотрены вопросы теплохладоснабжения плодоовошехранилпщ в за-симости от динамики изменений температуры внешней среды. Получено авнснпс:

'¡'(у) = - 0,и01у! - 0,00-1I 0,007у3 + 0,513у2 - 1,221у + 1,8-11 бактеризующее изменение температуры внешнего воздуха в период хранения л ябрь - март) овощей для условий г.Карши.

Выявлено, что тепловыделения продукции в процессе охлаждения лофеля составляют 72,5 - 81,6% от суммы всех теплопоступлений в камеру, шеимум суммарных теплопритоков совпадает с максимумом теплопритсков эез ограждения, что необходимо учитывать при поддержании температурнз -гжностного режима холодильной камеры.

5. Выявлено влияние неравномерности распределения термодинамичгс-ч параметров в тепломассообменной холодильной камере, на энергетическую фективность ее работы и с учетом теплофизических характеристик хранил/.ых эдуктов.

Экспериментально исследованы тепловлажностные режимы холодильной иеры при хранении картофеля, лука и яблок. При этом усушка (уёыль ссы) картофеля, лука и яблок составила 0,71 кг/час, 0,43 кг/час и 0,39 кг час хранимого 21 т картофеля, 16 т лука, и 20 т яблок соответственно. Потери ссы продуктов (картофеля, лука и яблок) в пересчете в средний срок (6 мгс.)

храпения соответственно составил 11,57 %, 9,6 % и 7,7 %, что соответству* действующим нормам СнпП 2.10.02 - 84 и нормам технологнческо1 проектирования фруктоовощехранилищ.

6. Для поддержания оптнмапьного режима хранения овощей необходил учитывать степень нагревания приточного воздуха вентнляторныл установками. На основе термодинамического анализа' работ вентиляторнь установок в овощехранилище получено выражение Af.. ri г -1 sp . которс

/ ' п Г Р,

определяет нагревание приточного воздуха в вентиляторных установках.

Установлено, что в результате диссипации энергии воздушного пото) путевой нагрев воздуха вентиляторами возрастает в среднем от 1,46 °С; 4,5 "С с повышением создаваемого напора от 100 мм.вод.ст. до 300 мм.вод.с-следовательно относительная влажность воздуха внутри камеры снижается с до 88 %; что важно учесть при холодильном хранении плодоовощных проду тов и при разработке проектно - сметных документаций холодильной камеры.

7. Результаты испытания малой холодильной камеры ХК - 72 в произво. ственных условиях подтверждают достоверность проведенных лабораторных натурных исследований и целесообразность их практической реализации.

Общий расход электроэнергии в типовой камере вместимостью 100 т двумя блочными автономными фреоновыми холодильными машинами ХМФ 16 в период хранения (октябрь - март) составляет 365760 кВт-час, затрат электроэнергии на I т хранимой продукции 3657,6 кВт-час/Т.

Расход электроэнергии в малой холодильной камере вместимостью 20 т охлаждающими батареями при равных внешних метеорологических услови составил 67032 кВт-час, а затраты на 1 т хранимой продукции 3351,6 кВт-час/Т

Таким образом, экономия энергии по сравнению с типовым варианте на I т хранимой продукции составляет 8,4 %, т.е. 306 кВт-час/Т, или же 0,2' Г кал в период хранения, а потери плодоовощной продукции уменьшаются среднем на 1,3 - 1,8 %.

Список опубликованных работ по теме диссертации.

По тем£ диссертации опубликовано 15 работ, основные из которых:

1. Узаков Г.Н., Вардияшвили А.Б., Захидов P.A. Исследован теплофизических характеристик картофеля при длительном хранении в мал< хранилище. //Хранение и переработка с/х сырья. Москва.: №2. 1999, с.59 - 60.

2. Узаков Г.Н., Вардияшвили А.Б. Захидов P.A., Температурное поле теплообмен внутри насыпного слоя в овощехранилищах. //Проблел информатики и энергетики. № 1 - 2, 1996, с.51 - 55.

3. Узаков Г.Н., Вардияшвили А.Б., Захидов P.A. Динамика изменен температурного поля в штабеле овощей в процессе охлаждения при активн вентилировании. //Проблемы информатики и энергетики. № 1,1997, с.44 - 47

4. Узаков Г.Н., Вардияшвнли A.A., Захидов P.A. Подача исскуственного :олода в овощехранилище в зависимости от динамики изменения температуры ,пешней среды. //Проблемы информатики и энергетики. № 3, 1997, с.41 - 44.

5. Узаков Г.Н., Вардияшвнли А.Б., Захидов P.A. Учет нагревания ipiiTOMHoro воздуха вентиляторными установками при холодильном хранении |ВОщей. //Проблемы информатики и энергетики Л1» 2, 1999. с.25 -30.

6. Узаков Г.Н., Вардияшвнли А.Б. Влияние выпадения инея на юверхности воздухоохладителя на его производительность в додоовощехранилищах. Сб.матер. II - межд.науч.конф. "Эколс::п, энерго- и есурсосбережение в строительстве", СамГАСИ, С::-. , ,;нд, 1996, с. 19 - 20.

7. Узаков,Г.Н., Вардияшвнли А.Б. Расчет продолжительности П граничной емпературы -периода подачи исскуственного холода в овощехранилищах. )б.матер.П-^геждународной науч.конф. "Экология, энерго- и есурсосбережение в строительстве", СамГАСИ, Самарканд.: 1996, с.21 - 22.

8. Узаков Г.Н., и др. Учет влияния диссипации энергии воздушного отока на потери влаги в насыпи овощей. Сб.матер.Н-респуб.конф.молодых ченых, ТашГУ, Ташкент.: 1996, с.73 - 74.

9. Узаков Г.Н., Вардияшвнли А.Б. Исследование режимов хранения тцевых продуктов в плодоовощехраннлищах г.Карши. Сб.матер.науч.конф. Научно - практические основы переработки сельхозпродуктов", БухТИИЛП, ухара.: 1996, с.49 - 50.

10. Узаков Г.Н., Вардияшвнли А.Б. О критериальных зависимостях онвективного теплообмена при охлаждении картофеля в овощехранилищах. 'б.магсрЛ-респуб.копф. "Проблемы использования топливно - энергетическ;:.\ есурсон", КИЭ11, Карши.: 1999, с.32 - 36.

11. Узаков Г.Н., Вардияшвнли А.Б. Термодинамика влажного воздуха и лагообмен в плодоовощехраннлищах. Сб.тезисов науч.конф.профессор.-реподовательского состава Каршипского филиала ТГТУ, 1994, с.60 - 61.

Кпсклча мазмуни.

Узоков Гулом Норбосвич.

"Мева-еабзавот омборларида .ма\сулотларни саклашда энергиями те/каш I

иссиклик- масса ал.машинувп жараёнларинп тадкикот кнлнш.

Мева - сабзавот омборларида махсулотлар исрофини/камайтириш ] ахолнни хамда харбий хизматчнларни йил давомида узлуксиз равишда озик овкат махсулотлар» билан таъмшшаш халк хужалиги ахамиятига эга булг; мухим масаладир. /

Мева - сабзавотларни сакланиш даврида исрофини камайтириш ] саклаш муддатини ошириш муаммоларини хал эти и/ факат махсулотлар; эмас, балки совутиш камераларида содир буладиган иссиклик - мае« алмашинуви жараёнларинп тадкикот килишни таказо этади ва совути технологиясида кам урганилган сохадир. Сабзавот - меваларни камералар; совутиш ва саклаш, сунъий совуклик билан таъминлаш куп энергия тал; киладиган жараёндир.

Ишда курук, иесик иклим шароитида, мева - сабзавот омборларщ иееиклнк - масса алмашинуви жараёнларинп тадкикот килиш ва энергияг тежашга багишланган куйидаги масапалар ечилган:

- мева - сабзавотларни совутиш жараёни интенсивлигига ва намл! йукотишига таъсир этувчи асосий иссиклик - физнкавий характеристикалар экспериментал аиикланган. Картошканинг иссиклик утказувчанлпк, иссикги снгими ва харорат утказувчанлик коэффпциентлари, харорат ва махсулотнш курук кисмига боглик равишда узгарпши тахлнл килинган;

- мева - сабзавот штабелнни совутишда содир буладиган иссиклик масса алмашинуви жараёнини физик - математик модели келтирилган;

- совутиш камерасида мажбурий ва эркип конвекция шароитларида соди буладиган конвектив иссиклик алмашинуви жараёнлари эксперименте урганилган ва иссиклик бернш коэффициентини хисоблаш учун критерия тенгламапар олинган;

- кичик совутиш камерасининг иссиклик намлик ре>кими эксперимента ва назарий тадкикот килинган. Баъзи сабзавот - меваларнинг сакланиш даври^ намлик йукотиш аникланган;

- кичик совутиш камерасида энергия тежамкорлигига эришиш йуллар асосланган ва ташки мухит харорати узгаришини хисобга олган холда иссиюн - техник хисоблаш усули ишлаб чикилган.

Таклиф этилган совутиш камерасида картошка, пиёз ва олманинг масс йукотиш и (6 ой ичида) мое равишда 11,57 %, 9,6 %, 7,7 % ни ташкил этади I мева - сабзавот омборларини лойихалаш талабларига жавоб беради. Бунда 1 махсулотни саклашда 8,4 % энергия тежамкорлигига эришилади.

ANNOTATION.

Uzakov Gulom Norbocvich.

Economy energy in the fruit-vegetable store houses and research into process heat exchange for reducing waste of production.

The problem of providing population with provision and reducing waste of jroduction is one of the main state problems.

Solving the tasks of reducing waste of production, increasing the time of :eeping them demand not only researching fruit vegetable but also the process of heat :xchange in the freezing cameras and this splere is not researched enough.

The process of making freeze in fruit vegetable stores demand much energy.

The author advices the following ways of solving the problems of economy :nergy and heat exchange process in the freezing cameras.

The influence of intensification freezing fruit vegetables, forses of wasting noisture of heat exchange process and physical characters are experimentaly created.

Transmission and volume of heat and its level are researched comparing the xchange based on the temperature and dryish of fruit, vegetables and potato. The emperature area and heat exchange process in freezing cameras are theoretical and xperimentaly worked out. The physico - mathematical model of heat transmission in reezing fruit - vegetables are given.

The process of conventional heat exchanging in free and constrained condition reezing cameras are experimentaly created and level of circulation heat energy are rought. The heat measure properties in the small freezing cameras experimentaly nd theoreticaly worked out. The waisture of some fruit vegetables in keeping period re found out.

The ways of economy energy power in the small freezing cameras and models f heat technic culculates depending on the exchange of on toide area are worked out.